CN113751815B - 一种高端装备制造用的激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高端装备制造用的激光焊接设备，涉及激光焊接设备技术领域，其技术方案是：包括转向组件、转向微调组件、焊接组件、机器视觉组件和供料组件，所述焊接组件包括焊接箱、激光发射仓、半导体激光发射器一、连接架、棱镜和半导体激光发射器二，所述机器视觉组件包括电路板、处理器、PLC控制器、视觉处理器、图像采集卡、工业相机和LED光源，所述供料组件包括供料箱、导管一、伺服电机三、齿轮、齿盘、托板和导管二，本发明通过驱动齿盘转动将下落到下料孔内的锡球转移到激光发射管内，通过激光束熔化锡球，并使锡溶液落入到所需填补的缝隙处，提高了激光焊接的精度和结构强度。

Description

一种高端装备制造用的激光焊接设备

技术领域

本发明涉及激光焊接设备技术领域，具体涉及一种高端装备制造用的激光焊接设备。

背景技术

在对高端装备进行制备时，一般需要对金属连接处采用精度较高的焊接技术，通常采用激光焊接，激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接，功率密度小于10-10W/cm为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于10-10W/cm时，金属表面受热作用下凹成孔穴，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点，其中热传导型激光焊接原理为，激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池，当熔池温度降低后，熔池再次固化后金属原子重组从而实现金属件之间固定连接。

现有技术存在以下不足：现有的激光焊接一般都是通过对需要焊接金属件通过激光熔化后实现原子的重新组合进行连接，这种方式对金属件的对接精度要求比较高，当两块金属件对接时存在间隙时，可能会出现熔池产生时不均匀，焊接存在精度不足，不能对缝隙处进行很好的连接，出现焊接强度不均衡影响美观和使用的问题。

因此，发明一种高端装备制造用的激光焊接设备很有必要。

发明内容

为此，本发明提供一种高端装备制造用的激光焊接设备，通过驱动齿盘转动即可将下落到下料孔内的锡球转移到激光发射管内，通过激光束熔化锡球，并使锡溶液落入到所需填补的缝隙处，提高了激光焊接的精度和结构强度，以解决背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高端装备制造用的激光焊接设备，包括转向组件、转向微调组件、焊接组件、机器视觉组件和供料组件，所述焊接组件包括焊接箱、激光发射仓、半导体激光发射器一、连接架、棱镜和半导体激光发射器二，所述机器视觉组件包括电路板、处理器、PLC控制器、视觉处理器、图像采集卡、工业相机和LED光源，所述供料组件包括供料箱、导管一、伺服电机三、齿轮、齿盘、托板和导管二。

优选的，所述转向组件包括底座，所述底座内壁固定安装减速电机，所述减速电机输出端固定安装转台，所述转台顶部固定安装驱动电机一，所述驱动电机一输出端固定安装转向杆一，所述转向杆一端部内壁固定安装驱动电机二，所述驱动电机二输出端固定安装转向杆二，所述转向杆二端部内壁固定安装驱动电机三，所述驱动电机三输出端固定安装转向杆三，所述转向杆三端部中心位置开设U形槽，所述U形槽左侧内壁固定安装伺服电机一。

优选的，所述转向微调组件包括旋转座，所述旋转座内侧端部固定安装插销，所述插销左侧端部与伺服电机一输出端固定连接，所述插销右端与U形槽右侧内壁通过轴承转动连接，所述旋转座底部内壁固定安装伺服电机二，所述伺服电机二输出端固定安装折行架，所述折行架底部固定连接安装板。

优选的，所述焊接箱设置为圆柱状，所述焊接箱固定安装在安装板底部，所述焊接箱内壁顶部固定安装激光发射仓，所述激光发射仓内壁顶部中心位置固定安装半导体激光发射器一，所述半导体激光发射器一外壁固定安装连接架，所述连接架底部固定安装棱镜，所述棱镜位于半导体激光发射器一输出端下方。

优选的，所述激光发射仓左右两侧内壁均固定安装半导体激光发射器二，所述半导体激光发射器二左右对称设置，两组所述半导体激光发射器二分别指向棱镜左右两侧外壁，所述激光发射仓底部中心位置固定安装激光发射管。

优选的，所述电路板设有两组，两组所述电路板对称安装在焊接箱左右两侧内壁上，所述电路板表面固定安装处理器，所述处理器信号连接PLC控制器，所述PLC控制器信号连接视觉处理器，所述视觉处理器信号连接图像采集卡。

优选的，两组所述图像采集卡分别连接四组工业相机，八组所述工业相机均匀安装在焊接箱底部，八组所述工业相机与焊接箱底部倾斜角为30°。

优选的，所述焊接箱底部固定安装八组LED光源，八组所述LED光源与工业相机相间分布。

优选的，所述供料箱固定安装在安装板顶部，所述供料箱内部设有锡球，所述供料箱底部内壁为斜面，所述供料箱底部固定连接导管一，所述导管一内壁直径与锡球直径尺寸比为1.2-1，所述导管一穿过安装板延伸至焊接箱内壁，所述导管一右侧外壁固定安装伺服电机三，所述伺服电机三输出端固定连接齿轮，所述焊接箱内壁固定安装托板，所述托板表面开设通孔，所述通孔底部连接导管二，所述导管二内壁直径与导管一内壁直径尺寸相同，所述导管二端部延伸至激光发射管内部。

优选的，所述焊接箱内壁转动连接齿盘，所述齿盘底部与托板表面间隙为1毫米，所述齿盘表面均匀开设下料孔，所述下料孔配合装载锡球，所述下料孔配合对接托板表面通孔，所述齿盘内壁轮齿与齿轮啮合连接。

本发明的有益效果是：

1.通过设置机器视觉组件，通过八组工业相机对所需要焊接的部件进行拍摄，通过图像采集卡和视觉处理器对焊接出进行识别，当需要对缝隙处进行填补时，通过驱动齿盘转动即可将下落到下料孔内的锡球转移到激光发射管内，通过激光束熔化锡球，并使锡溶液落入到所需填补的缝隙处，提高了激光焊接的精度和结构强度；

2.通过设置转向微调组件，利用伺服电机一驱动旋转座绕U形槽内壁旋转运动，同时配合伺服电机二对折行架进行横向的转动，提高了焊接设备的转向灵活性，方便调节焊接角度，提高了焊接的精确度和适用范围；

3.通过设置半导体激光发射器一和半导体激光发射器二配合使用，利用棱镜将三组激光束合并为一组，增大了激光焊接时的激光强度，提高了焊接的速度。

附图说明

图1为本发明提供的主视三维图；

图2为本发明提供的侧视三维图；

图3为本发明提供的焊接组件结构示意图；

图4为本发明提供的工业相机安装结构示意图；

图5为本发明提供的焊接组件剖视图；

图6为本发明提供的机器视觉组件安装结构示意图；

图7为本发明提供的图6中A处放大图；

图8为本发明提供的齿盘俯视图。

图中：转向组件100、底座110、减速电机111、转台120、驱动电机一121、转向杆一130、驱动电机二131、转向杆二140、驱动电机三141、转向杆三150、U形槽151、伺服电机一160、转向微调组件200、旋转座210、伺服电机二220、折行架230、安装板240、焊接组件300、焊接箱310、激光发射仓311、半导体激光发射器一312、连接架313、棱镜314、半导体激光发射器二315、激光发射管316、机器视觉组件400、电路板410、处理器420、PLC控制器430、视觉处理器440、图像采集卡450、工业相机460、LED光源470、供料组件500、供料箱510、导管一520、伺服电机三530、齿轮540、齿盘550、下料孔560、托板570、导管二580。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参照附图1-8，本发明提供的一种高端装备制造用的激光焊接设备，为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高端装备制造用的激光焊接设备，包括转向组件100、转向微调组件200、焊接组件300、机器视觉组件400和供料组件500，焊接组件300包括焊接箱310、激光发射仓311、半导体激光发射器一312、连接架313、棱镜314和半导体激光发射器二315，机器视觉组件400包括电路板410、处理器420、PLC控制器430、视觉处理器440、图像采集卡450、工业相机460和LED光源470，供料组件500包括供料箱510、导管一520、伺服电机三530、齿轮540、齿盘550、托板570和导管二580，转向组件100包括底座110，底座110内壁固定安装减速电机111，减速电机111输出端固定安装转台120，转台120顶部固定安装驱动电机一121，驱动电机一121输出端固定安装转向杆一130，转向杆一130端部内壁固定安装驱动电机二131，驱动电机二131输出端固定安装转向杆二140，转向杆二140端部内壁固定安装驱动电机三141，驱动电机三141输出端固定安装转向杆三150，转向杆三150端部中心位置开设U形槽151，U形槽151左侧内壁固定安装伺服电机一160，转向微调组件200包括旋转座210，旋转座210内侧端部固定安装插销(图中未标注)，插销左侧端部与伺服电机一160输出端固定连接，插销右端与U形槽151右侧内壁通过轴承(图中未标注)转动连接，旋转座210底部内壁固定安装伺服电机二220，伺服电机二220输出端固定安装折行架230，折行架230底部固定连接安装板240，具体的，转向组件100具有方便灵活调节焊接组件方向的作用，方便灵活根据焊接需要调节设备焊接方向和位置，转向微调组件200具有辅助调节焊接组件300位置和方向的作用，方便设备进行无死角焊接，焊接组件300具有方便通过激光束对焊接部位进行熔化重组从而进行焊接的作用，机器视觉组件400具有方便通过机器视觉仿真人眼，对焊接部位进行无死角识别，从而辅助焊接组件进行焊接，提高焊接的精度，供料组件500具有方便对需要进行物料填充焊接的地方释放锡球，从而方便对缝隙处进行填补，提高焊接精度，同时提高焊接强度，底座110具有方便与地面或操作台进行固定的作用，减速电机111具有方便转动转台120，从而方便调节转台120方向的作用，驱动电机一121具有方便调节转向杆一130偏转方向的作用，驱动电机二131具有方便调节转向杆二140偏转方向的作用，驱动电机三141具有方便调节转向杆三150偏转方向的作用，U形槽151具有方便安装伺服电机一160和旋转座210的作用，旋转座210具有方便安装伺服电机二220和进行传动的作用，伺服电机二220具有方便驱动折行架230进行旋转的作用，折行架230具有方便连接安装板240的作用，安装板240具有方便安装焊接箱310和供料箱510的作用。

进一步的，焊接箱310设置为圆柱状，焊接箱310固定安装在安装板240底部，焊接箱310内壁顶部固定安装激光发射仓311，激光发射仓311内壁顶部中心位置固定安装半导体激光发射器一312，半导体激光发射器一312外壁固定安装连接架313，连接架313底部固定安装棱镜314，棱镜314位于半导体激光发射器一312输出端下方，激光发射仓311左右两侧内壁均固定安装半导体激光发射器二315，半导体激光发射器二315左右对称设置，两组半导体激光发射器二315分别指向棱镜314左右两侧外壁，激光发射仓311底部中心位置固定安装激光发射管316，具体的，焊接箱310具有方便安装激光发射仓311和电路板410的作用，激光发射仓311具有方便安装半导体激光发射器一312、半导体激光发射器二315和激光发射管316的作用，连接架313具有方便将棱镜314安装到半导体激光发射器一312底部的作用，棱镜314具有方便将半导体激光发射器一312和两组半导体激光发射器二315所发射的激光束合并为一束激光，从而增大激光能量的作用，方便快速进行激光焊接，提高焊接效率，激光发射管316具有方便将激光束引导至所需焊接部位，同时对锡球具有导向作用，当锡球落入到激光发射管316内部时被激光照射后快速熔化，随后滴到所需填补的缝隙处增大熔池的范围，提高焊接的填补性能。

进一步的，电路板410设有两组，两组电路板410对称安装在焊接箱310左右两侧内壁上，电路板410表面固定安装处理器420，处理器420信号连接PLC控制器430，PLC控制器430信号连接视觉处理器440，视觉处理器440信号连接图像采集卡450，两组图像采集卡450分别连接四组工业相机460，八组工业相机460均匀安装在焊接箱310底部，八组工业相机460与焊接箱310底部倾斜角为30°，焊接箱310底部固定安装八组LED光源470，八组LED光源470与工业相机460相间分布，具体的，两组电路板410具有方便安装处理器420、PLC控制器430、视觉处理器440和图像采集卡450的作用，处理器420具有方便控制设备进行运行的作用，方便对各部件进行协调工作，方便对设备进行信息处理的作用，PLC控制器430具有方便控制视觉处理器440、图像采集卡450和工业相机460进行视觉识别，方便无死角扫描所需焊接部位的对接情况，从而分析是否需要对缝隙处进行填充，八组工业相机460具有方便全方位无死角对焊接处进行拍摄扫描的作用，通过图像采集卡450进行图像采集，然后将采集的图像信号输入到视觉处理器440中进行图像处理，LED光源470具有对工业相机460提供照明的作用，提高工业相机460摄像的清晰程度，提高焊接的精度。

进一步的，供料箱510固定安装在安装板240顶部，供料箱510内部设有锡球(图中未标注)，供料箱510底部内壁为斜面，供料箱510底部固定连接导管一520，导管一520内壁直径与锡球直径尺寸比为1.2-1，导管一520穿过安装板240延伸至焊接箱310内壁，导管一520右侧外壁固定安装伺服电机三530，伺服电机三530输出端固定连接齿轮540，焊接箱310内壁固定安装托板570，托板570表面开设通孔，通孔底部连接导管二580，导管二580内壁直径与导管一520内壁直径尺寸相同，导管二580端部延伸至激光发射管316内部，焊接箱310内壁转动连接齿盘550，齿盘550底部与托板570表面间隙为1毫米，齿盘550表面均匀开设下料孔560，下料孔560配合装载锡球，下料孔560配合对接托板570表面通孔，齿盘550内壁轮齿与齿轮540啮合连接，具体的，供料箱510具有盛放锡球的作用，供料箱510底部斜面具有方便将锡球落入到导管一520中，锡球在导管一520中依次排列，方便锡球逐个有序下落，伺服电机三530具有方便驱动齿盘550转动的作用，下料孔560具有方便转移锡球的作用，齿轮540具有传动的作用，托板570具有支撑锡球的作用，方便锡球在托板570顶部移动至托板570表面通孔处下落到导管二580内，从而方便将锡球释放到激光发射管316内部，

本发明的使用过程如下：将底座110通过螺栓固定安装在地面或工作台合适位置，打开供料箱510上盖，将锡球放入到供料箱510内部，在重力作用下，锡球依次落入到导管一520内壁，通过驱动减速电机111转动转台120，调节转台120方向，通过驱动电机一121调节转向杆一130的转动方向，通过驱动驱动电机二131调节转向杆二140方向，通过驱动电机三141调节转向杆三150偏转角度，通过伺服电机一160调节旋转座210偏转角度，通过伺服电机二220调节折行架230角度，方便调节激光发射管316的焊接方向，提高了焊接的灵活性，通过LED光源470为工业相机460提高照明光源，通过八组工业相机460对焊接处进行全方位无死角拍摄，通过图像采集卡450采集工业相机460的图像信息，然后将图像信息传送至视觉处理器440，从而对焊接处进行识别，通过PLC控制器430执行操作指令，通过处理器420进行信息处理后，识别到焊接处需要进行缝隙填充时，通过驱动伺服电机三530，从而驱动齿盘550旋转，当载有锡球的下料孔560与托板570表面通孔对接时，锡球落入到导管二580内，随后锡球落入到激光发射管316内，在激光束照射的作用下，锡球被熔化成液态，随后滴落到需要填充的缝隙处，增大焊接处熔池范围，从而提高焊接的机械强度，提高了焊接的精度。

以上，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种高端装备制造用的激光焊接设备，包括转向组件（100）、转向微调组件（200）、焊接组件（300）、机器视觉组件（400）和供料组件（500），其特征在于：所述焊接组件（300）包括焊接箱（310）、激光发射仓（311）、半导体激光发射器一（312）、连接架（313）、棱镜（314）和半导体激光发射器二（315），所述机器视觉组件（400）包括电路板（410）、处理器（420）、PLC控制器（430）、视觉处理器（440）、图像采集卡（450）、工业相机（460）和LED光源（470），所述供料组件（500）包括供料箱（510）、导管一（520）、伺服电机三（530）、齿轮（540）、齿盘（550）、托板（570）和导管二（580），所述转向组件（100）包括底座（110），所述底座（110）内壁固定安装减速电机（111），所述减速电机（111）输出端固定安装转台（120），所述转台（120）顶部固定安装驱动电机一（121），所述驱动电机一（121）输出端固定安装转向杆一（130），所述转向杆一（130）端部内壁固定安装驱动电机二（131），所述驱动电机二（131）输出端固定安装转向杆二（140），所述转向杆二（140）端部内壁固定安装驱动电机三（141），所述驱动电机三（141）输出端固定安装转向杆三（150），所述转向杆三（150）端部中心位置开设U形槽（151），所述U形槽（151）左侧内壁固定安装伺服电机一（160），所述转向微调组件（200）包括旋转座（210），所述旋转座（210）内侧端部固定安装插销，所述插销左侧端部与伺服电机一（160）输出端固定连接，所述插销右端与U形槽（151）右侧内壁通过轴承转动连接，所述旋转座（210）底部内壁固定安装伺服电机二（220），所述伺服电机二（220）输出端固定安装折行架（230），所述折行架（230）底部固定连接安装板（240），所述焊接箱（310）设置为圆柱状，所述焊接箱（310）固定安装在安装板（240）底部，所述焊接箱（310）内壁顶部固定安装激光发射仓（311），所述激光发射仓（311）内壁顶部中心位置固定安装半导体激光发射器一（312），所述半导体激光发射器一（312）外壁固定安装连接架（313），所述连接架（313）底部固定安装棱镜（314），所述棱镜（314）位于半导体激光发射器一（312）输出端下方，所述激光发射仓（311）左右两侧内壁均固定安装半导体激光发射器二（315），所述半导体激光发射器二（315）左右对称设置，两组所述半导体激光发射器二（315）分别指向棱镜（314）左右两侧外壁，所述激光发射仓（311）底部中心位置固定安装激光发射管（316）。

2.根据权利要求1所述的一种高端装备制造用的激光焊接设备，其特征在于：所述电路板（410）设有两组，两组所述电路板（410）对称安装在焊接箱（310）左右两侧内壁上，所述电路板（410）表面固定安装处理器（420），所述处理器（420）信号连接PLC控制器（430），所述PLC控制器（430）信号连接视觉处理器（440），所述视觉处理器（440）信号连接图像采集卡（450）。

3.根据权利要求2所述的一种高端装备制造用的激光焊接设备，其特征在于：两组所述图像采集卡（450）分别连接四组工业相机（460），八组所述工业相机（460）均匀安装在焊接箱（310）底部，八组所述工业相机（460）与焊接箱（310）底部倾斜角为30°。

4.根据权利要求3所述的一种高端装备制造用的激光焊接设备，其特征在于：所述焊接箱（310）底部固定安装八组LED光源（470），八组所述LED光源（470）与工业相机（460）相间分布。

5.根据权利要求1所述的一种高端装备制造用的激光焊接设备，其特征在于：所述供料箱（510）固定安装在安装板（240）顶部，所述供料箱（510）内部设有锡球，所述供料箱（510）底部内壁为斜面，所述供料箱（510）底部固定连接导管一（520），所述导管一（520）内壁直径与锡球直径尺寸比为1.2-1，所述导管一（520）穿过安装板（240）延伸至焊接箱（310）内壁，所述导管一（520）右侧外壁固定安装伺服电机三（530），所述伺服电机三（530）输出端固定连接齿轮（540），所述焊接箱（310）内壁固定安装托板（570），所述托板（570）表面开设通孔，所述通孔底部连接导管二（580），所述导管二（580）内壁直径与导管一（520）内壁直径尺寸相同，所述导管二（580）端部延伸至激光发射管（316）内部。

6.根据权利要求5所述的一种高端装备制造用的激光焊接设备，其特征在于：所述焊接箱（310）内壁转动连接齿盘（550），所述齿盘（550）底部与托板（570）表面间隙为1毫米，所述齿盘（550）表面均匀开设下料孔（560），所述下料孔（560）配合装载锡球，所述下料孔（560）配合对接托板（570）表面通孔，所述齿盘（550）内壁轮齿与齿轮（540）啮合连接。

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